数字信号并行总线与串行总线(Parallel and Serial Bus)
虽然随着技术的发展,现代的数字芯片已经集成了越来越多的功能,但是对于稍微复杂 一点的系统来说,很多时候单独一个芯片很难完成所有的工作,这就需要和其他芯片配合起 来工作。比如现在的CPU的处理能力越来越强,很多CPU内部甚至集成了显示处理的功 能,但是仍然需要配合外部的内存芯片来存储临时的数据,需要配合桥接芯片扩展硬盘、 USB等接口;现代的FPGA内部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收发器等,但有些 场合可能还需要配合用的DSP来进一步提高浮点处理效率,配合额外的内存芯片来扩展 存储空间,配合用的物理层芯片来扩展网口、USB等,或者需要多片FPGA互连来提高处 理能力。所有这一切,都需要用到相应的总线来实现多个数字芯片间的互连。如果我们把 各个功能芯片想象成人体的各个功能,总线就是血脉和经络,通过这些路径,各个功能 模块间才能进行有效的数据交换和协同工作。 模拟信号和数字信号的相互转换;辽宁数字信号测试检修
为了保证接收端在时钟有效沿时采集到正确的数据,通常都有建立/保持时间的要求,以避免采到数据线上跳变时不稳定的状态,因此这种总线对于时钟和数据线间走线长度的差异都有严格要求。这种并行总线在使用中比较大的挑战是当总线时钟速率超过几百MHz后就很难再提高了,因为其很多根并行线很难满图1.15并行总线的时钟传输足此时苛刻的走线等长的要求,特别是当总线上同时挂有多个设备时。为了解决并行总线工作时钟频率很难提高的问题,一些系统和芯片的设计厂商提出了嵌入式时钟的概念。其思路首先是把原来很多根的并行线用一对或多对高速差分线来代替,节省了布线空间;然后把系统的时钟信息通过数据编码的方式嵌在数据流里,省去了专门的时钟走线。信号到了接收端,接收端采用相应的CDR(clock-datarecovery)电路把数据流中内嵌的时钟信息提取出来再对数据采样。图1.16是一个采用嵌入式时钟的总线例子。辽宁数字信号测试检修数字信号处理的解决方案;
通常情况下预加重技术使用在信号的发送端,通过预先对信号的高频分量进行增强来 补偿传输通道的损耗。预加重技术由于实现起来相对简单,所以在很多数据速率超过 1Gbps 的总线中使用,比如PCle,SATA 、USB3 .0 、Displayport等总线中都有使用。当 信号速率进一步提高以后,传输通道的高频损耗更加严重,靠发送端的预加重已经不太 够用,所以很多高速总线除了对预加重的阶数进一步提高以外,还会在接收端采用复杂的均 衡技术,比如PCle3.0 、SATA Gen3 、USB3.0 、Displayport HBR2 、10GBase-KR等总线中都 在接收端采用了均衡技术。采用了这些技术后,FR-4等传统廉价的电路板材料也可以应用 于高速的数字信号传输中,从而节约了系统实现的成本。
时间偏差的衡量方法。由于信号边沿的时间偏差可能是由于各种因素造成的,有随机的噪声,还有确定性的干扰。所以这个时间偏差通常不是一个恒定值,而是有一定的统计分布,在不同的应用场合这个测量的结果可能是用有效值(RMS)衡量,也可能是用峰-峰值(peak-peak)衡量,更复杂的场合还会对这个时间偏差的各个成分进行分解和估计。因此抖动的精确测量需要大量的样本以及复杂的算法。对抖动进行衡量和测量时,需要特别注意的是,即使对于同一个信号,如果用不同的方法进行衡量,得到的抖动测量结果也可能不一样,下面是几种常用的抖动测量项目。模拟信号和数字信号的差异;
为了提高信号在高速率、长距离情况下传输的可靠性,大部分高速的数字串行总线都会采用差分信号进行信号传输。差分信号是用一对反相的差分线进行信号传输,发送端采用差分的发送器,接收端相应采用差分的接收器。图1.13是一个差分线的传输模型及真实的差分PCB走线。
采用差分传输方式后,由于差分线对中正负信号的走线是紧密耦合在一起的,所以外界噪声对于两根信号线的影响是一样的。而在接收端,由于其接收器是把正负信号相减的结果作为逻辑判决的依据,因此即使信号线上有严重的共模噪声或者地电平的波动,对于的逻辑电平判决影响很小。相对于单端传输方式,差分传输方式的抗干扰、抗共模噪声能力 提高。 数字信号取值是散的,通过数学方法对原有信号处理,编码成二进制信号后,再载波的方式发送编码后的数字流。辽宁数字信号测试检修
数字信号处理中的基础运算;辽宁数字信号测试检修
对于一个理想的方波信号,其上升沿是无限陡的,从频域上看 它是由无限多的奇数次谐波构成的,因此一个理想方波可以认为是无限多奇次正弦谐波 的叠加。
但是对于真实的数字信号来说,其上升沿不是无限陡的,因此其高次谐波的能量会受到 限制。比如图1.3是用同一个时钟芯片分别产生的50MHz和250MHz的时钟信号的频 谱,我们可以看到虽然两种情况下输出时钟频率不一样,但是信号的主要频谱能量都集中在 5GHz以内,并不见得250MHz时钟的频谱分布就一定比50MHz时钟的大5倍。 辽宁数字信号测试检修
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我们经常使用到的总线根据数据传输方式的不同,可以分为并行总线和串行总线。 并行总线是数字电路中早也是普遍采用的总线结构。在这种总线上,数据线、地址线、控制线等都是并行传输,比如要传输8位的数据宽度,就需要8根数据信号线同时传输;如果要传输32位的数据宽度,就需要32根数据信号线同时传输。除了数据线以外,如果要寻址比较大的地址空间,还需要很多根地址线的组合来不同的地址空间。图1.7是一个典型的微处理器的并行总线的工作时序,其中包含了1根时钟线、16根数据线、16根地址线以及一些读写控制信号。 数字信号的眼图分析(Eye Diagram Analysis);校准数字信号测试配件 什么是...